一种Zn制造技术

本发明专利技术公开了一种Zn

Fabrication and Application of a Zn3P2S8 Nonlinear Optical Crystal

The invention discloses a preparation method and application of a Zn3P2S8 non-linear optical crystal. The Zn3P2S8 non-linear optical crystal does not have a symmetrical center, belongs to a tetragonal system, and the space group is a tetragonal system.

【技术实现步骤摘要】
一种Zn3P2S8非线性光学晶体的制备方法及其应用
本专利技术属于非线性光学晶体的制备领域，具体地，本专利技术涉及一种Zn3P2S8的非线性光学晶体(Zn3P2S8单晶)及该Zn3P2S8单晶的制备方法和含有该Zn3P2S8单晶的非线性光学器件。
技术介绍
具有非线性光学效应的晶体称为非线性光学晶体。这里非线性光学效应是指倍频、和频、差频、参量放大等效应。只有不具有对称中心的晶体才可能有非线性光学效应。利用晶体的非线性光学效应，可以制成二次谐波发生器，上、下频率转换器，光参量振荡器等非线性光学器件。激光器产生的激光可通过非线性光学器件进行频率转换，从而获得更多有用波长的激光，使激光器得到更广泛的应用。根据材料应用波段的不同，可以分为紫外光区、可见和近红外光区、以及中红外光区非线性光学材料三大类。可见光区和紫外光区的非线性光学晶体材料已经能满足实际应用的要求；如在二倍频(532nm)晶体中实用的主要有KTP(KTiOPO4)、BBO(β-BaB2O4)、LBO(LiB3O5)晶体；在三倍频(355nm)晶体中实用的有BBO、LBO、CBO(CsB3O5)可供选择。而红外波段的非线性晶体发展比较慢；红外光区的材料大多是ABC2型的黄铜矿结构半导体材料，如AgGaQ2(Q＝S,Se,Te)，红外非线性晶体的光损伤阈值太低和晶体生长困难，直接影响了实际使用。中红外波段非线性光学晶体在光电子领域有着重要的应用，例如它可以通过光参量振荡或光参量放大等手段将近红外波段的激光(如1.064μm)延伸到中红外区；也可以对中红外光区的重要激光(如CO2激光，10.6μm)进行倍频，这对于获得波长连续可调的激光具有重要意义。因此寻找优良性能的新型红外非线性光学晶体材料已成为当前非线性光学材料研究领域的难点和前沿方向之一。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种Zn3P2S8非线性光学晶体的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供Zn3P2S8非线性光学晶体的用途。为达到上述目的，本专利技术采用了如下的技术方案：本专利技术提供了一种Zn3P2S8非线性光学晶体，所述Zn3P2S8非线性光学晶体不具备有对称中心，属四方晶系，空间群为其晶胞参数为：α＝β＝γ＝90，Z＝2。本专利技术还提供了一种制备所述Zn3P2S8非线性光学晶体的方法，该方法通过高温熔体自发结晶法生长Zn3P2S8非线性光学晶体，包括如下步骤：将具有组成等同于Zn3P2S8的混合物或粉末状Zn3P2S8化合物加热至熔化得到高温熔液并保持24-96小时后，以1-10℃/小时的降温速率降温至室温，得到Zn3P2S8非线性光学晶体。优选的，所述组成等同于Zn3P2S8的混合物包括Zn源材料、P源材料；所述Zn源材料为Zn或ZnS；所述P源材料为P或P2S5。进一步优选的，所述组成等同于Zn3P2S8的混合物还包括S单质。本专利技术还提供了另一种制备上述Zn3P2S8非线性光学晶体的方法，该方法为坩埚下降法生长Zn3P2S8非线性光学晶体，其具体包括如下步骤：将具有组成等同于Zn3P2S8的混合物或粉末状Zn3P2S8化合物放入晶体生长装置中，缓慢升温至原料熔化，待原料完全熔化后，晶体生长装置以0.1-10mm/h的速度垂直下降，在晶体生长装置下降过程中进行Zn3P2S8非线性光学晶体生长，其生长周期为5-20天。优选的，所述组成等同于Zn3P2S8的混合物包括Zn源材料、P源材料；所述Zn源材料为Zn或ZnS；所述P源材料为P或P2S5。进一步优选的，所述等同于Zn3P2S8的混合物还包括S单质。用于制备所述Zn3P2S8晶体可以是粉末状的Zn3P2S8，所述粉末状Zn3P2S8化合物的制备过程包括如下步骤：将Zn源材料、P源材料和单质S按照摩尔比Zn:P:S＝3:2:8的比例混合均匀后，加热至350-550℃进行固相反应(原则上，采用一般化学合成方法都可以制备Zn3P2S8化合物；本专利技术优选固相反应法)，得到化学式为Zn3P2S8的化合物，经捣碎研磨得粉末状Zn3P2S8的化合物；所述Zn源材料可以为Zn或ZnS；所述P源材料可以为P或P2S5。所述Zn3P2S8化合物可按下述化学反应式制备：(1)3Zn+2P+8S＝Zn3P2S8；(2)3ZnS+2P+5S＝Zn3P2S8；(3)3Zn+P2S5+3S＝Zn3P2S8；(4)3ZnS+P2S5＝Zn3P2S8。采用上述两种方法均可获得尺寸为厘米级的Zn3P2S8非线性光学晶体；使用大尺寸坩埚，并延长生长期，则可获得相应较大尺寸Zn3P2S8非线性光学晶体。根据晶体的结晶学数据，将晶体毛坯定向，按所需角度、厚度和截面尺寸切割晶体，将晶体通光面抛光，即可作为非线性光学器件使用，该Zn3P2S8非线性光学晶体具有非线性光学效应大、透光范围宽、物理化学性能稳定，硬度较大，机械性能好，不易碎裂，易于加工和保存等优点。本专利技术还进一步提供了一种非线性光学器件，所述非线性光学器件包括上述的Zn3P2S8非线性光学晶体。Zn3P2S8非线性光学晶体可用于制备非线性光学器件，该非线性光学器件包含将至少一束入射电磁辐射通过至少一块该Zn3P2S8非线性光学晶体后产生至少一束频率不同于入射电磁辐射的输出辐射的装置。本专利技术制备Zn3P2S8非线性光学晶体的生长过程中晶体易长大且透明无包裹，具有生长速度较快，成本低，容易获得较大尺寸晶体等优点；所获得的Zn3P2S8非线性光学晶体具有比较非线性光学效应大、透光波段宽，硬度较大、机械性能好、不易碎裂和潮解、易于加工和保存等优点；该Zn3P2S8非线性光学晶体可用于制作非线性光学器件。附图说明图1是采用本专利技术Zn3P2S8非线性光学晶体制成的一种典型的非线性光学器件的工作原理图，其中1是激光器，2是入射激光束，3是经晶体后处理及光学加工后的Zn3P2S8非线性光学晶体，4是所产生的出射激光束，5是滤波片。图2是Zn3P2S8非线性光学晶体的结构示意图。具体实施方式本说明书中公开得任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或者类似特征中的一个例子而已。所述仅仅是为了帮助理解本专利技术，不应该视为对本专利技术的具体限制。下面以附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。实施例1：采用高温熔体自发结晶法制备Zn3P2S8晶体：称取5.846克ZnS和4.445克P2S5(即ZnS:P2S5＝0.06mol:0.02mol)，均匀混合后，装入Φ12mm×200mm的石英玻璃管中，抽真空至10-3帕后，用氢氧焰封装后置于管式生长炉中，缓慢升至650℃，恒温96小时，以1℃/h的速率缓慢降温至室温，关闭管式生长炉；待石英管冷却后切开，可得到φ20x60mm白色的Zn3P2S8晶体。实施例2：采用坩埚下降法制备Zn3P2S8晶体：称取11.692克ZnS和8.890克P2S5(Zn:P:S＝0.12mol:0.08mol:0.32mol)，均匀混合后，装入Φ25mm×200mm的石英玻璃管中，抽真空至10-3帕后，用氢氧焰封装后置于晶体生长炉中，缓慢升至650℃使原料熔化，待原料完全熔化后，生长装置以0.1-10mm/小时的速度垂直下降；晶体生长结束后，生长装置用50小本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Zn3P2S8非线性光学晶体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：采用高温熔体自发结晶法或坩埚下降法生长Zn3P2S8非线性光学晶体。

【技术特征摘要】
1.一种Zn3P2S8非线性光学晶体的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：采用高温熔体自发结晶法或坩埚下降法生长Zn3P2S8非线性光学晶体。2.根据权利要求1所述Zn3P2S8非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，所述高温熔体自发结晶法生长Zn3P2S8非线性光学晶体包括以下步骤：将具有组成等同于Zn3P2S8的混合物或粉末状Zn3P2S8化合物加热至熔化得到高温熔液并保持24-96小时后，以1-10℃/小时的降温速率降温至室温，得到Zn3P2S8非线性光学晶体。3.根据权利要求2所述Zn3P2S8非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，所述组成等同于Zn3P2S8的混合物包括Zn源材料、P源材料和S单质；所述Zn源材料为Zn或ZnS；所述P源材料为P或P2S5。4.根据权利要求1所述Zn3P2S8非线性光学晶体的制备方法，其特征在于，所述坩埚下降法生长Zn3P2S8非线性光学晶体包括以下步骤：将具有组成等同于Zn3P2S8的混合物或粉末状Zn3P2S8化合物放入晶体生长装置中，缓慢升温至原料熔化，待原料完全熔化后，晶体生长装置以0.1-10mm/h的速度垂直下...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚吉勇，林哲帅，周墨林，郭扬武，李壮，罗晓宇，
申请(专利权)人：中国科学院理化技术研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11